CN110366804A - 具有内部电压限制器的断路器系统 - Google Patents

Abstract

在本申请中公开了一种断路器系统。该断路器系统包括壳体，以将电断续器保持在与外部环境区域分离的内部区域内。电断续器至少包括在断开与闭合位置之间可移动的第一对电触头元件。当第一对电触头从闭合位置移动到断开位置时，电压限制器(诸如金属氧化物变阻器(MOV))跨该对电触头元件连接以接收和耗散瞬态电压，从而减少不期望的电弧放电和某些电部件的过早磨损或腐蚀。

Description

具有内部电压限制器的断路器系统

技术领域

本申请通常涉及断路器系统，并且更特别地但非排他地涉及具有内部电压限制器(诸如变阻器、电涌放电器或金属氧化物变阻器(MOV))的断路器系统，该内部电压限制器跨开关触头连接以控制过电压以及再点火或再起弧。

背景技术

断路器通常存在于变电站中，并且可操作以选择性地断开和闭合电连接。典型的罐式断路器具有在相关联的套管中包括第一电导体和第二电导体的极组件。如本领域中已知的，电力线耦合到第一电导体和第二电导体，并且断路器选择性地断开或闭合在它们之间的电连接。作为断路器的一部分的电断续器通过将一个导体从另一个导体以足以防止导体之间的电弧放电的距离分开，来操作以中断电流。当断续器的电触头从闭合位置移动到断开位置时，过电压可能发生并且导致电触头的表面上的电弧放电和过早磨损。对于任何高压断路器而言，电抗器断电是一项严苛的切换任务。电抗器被用于补偿目的并且几乎每天进行切换。电抗器断电可能导致过电压和再点火并且由此导致断续器的热/介电故障。如果电流再次开始流动，则再点火可能对于断路器是灾难性的。一些现有系统相对于某些应用具有各种缺点。因此，在该技术领域中仍然需要进一步的贡献。

发明内容

本发明的一个实施例是一种具有内部过电压保护的独特断路器系统。其他实施例包括用于具有电断续器的断路器系统的装置、系统、设备、硬件、方法和组合，该电断续器具有用于过电压保护的电压限制器，诸如变阻器、电涌放电器或金属氧化物变阻器(MOV)。根据本文提供的描述和附图，本申请的进一步的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得清楚。

附图说明

图1A和图1B是根据本公开的示例性说明性实施例的断路器系统的透视图；

图2是用于图1的断路器系统的电断续器的一部分的横截面示意图；

图3是用于图1的断路器系统的、具有与一对可移动触头电连通的电压限制器的电断续器的一个实施例的横截面示意图；

图4是用于图1的断路器系统的、具有与多对可移动触头电连通的多个电压限制器的电断续器的另一实施例的横截面示意图；以及

图5是用于断路器系统的具有合闸电阻器和旁路开关的电断续器的一部分的示意图。

具体实施方式

为了促进对本申请的原理的理解，现在将参考附图中所示的实施例，并且将使用具体语言来描述这些实施例。然而，应当理解，并不旨在限制本申请的范围。在所描述的实施例中的任何改变和进一步的修改以及如本文所描述的本申请的原理的任何进一步的应用被设想为本申请所涉及领域的技术人员通常将想到的。

参考图1A和图1B，分别示出了具有安装在公共框架上并且单独安装的三个断路器极的示例性断路器系统。本公开设想了其它类型的断路器。包括断续器系统11的断路器系统10可操作，以在第一配置中允许电流选择性地流过，并且在第二配置中防止电流流动。以这种方式，电气系统的一部分(诸如发电站中的高张力布线系统部件等)可以与电力源隔离，使得维护过程可以在该部分上安全地执行。电断续器11通过移动电导体的一部分来操作，使得入口导体部分通过间隙或空间而与出口导体部分分开，该间隙或空间具有足够的距离以防止从入口部分到出口部分的电弧放电。

在一种形式中，断路器系统10可以包括如图所示的三相断路器系统。呈三相形式的断路器系统10可以分别包括三个极组件12、14和16。在其它形式中，断路器系统10可以包括不同数目的极。在一些形式中，极组件可以由一个致动器系统操作，并且在其它形式中，极组件可以由单独的致动器系统操作。每个极组件12、14和16可以包括第一电端子18和第二电端子20。第一和第二电端子18、20中的每个电端子可以包括被定位为在外部围绕导体(未示出)的绝缘套管22和24。电力线(未示出)耦合到第一和第二电端子18、20，并且断路器选择性地断开或闭合它们之间的电连接。当断路器系统10的断续器11闭合时，第一和第二电端子18、20在第一配置中经由电路而彼此电连通，并且当断路器系统10的断续器11断开时，第一和第二电端子18、20在第二配置中彼此电隔离。用于每个极组件的断路器系统10的断续器11以本领域的技术人员已知的方式经由致动系统14而选择性地断开或闭合第一和第二电端子18、20之间的电连接。

现在参考图2，示出了具有电断续器11的简化图示的断路器系统10中的高压极组件的内部部分的示例性视图。壳体30包括与外部环境空间34隔离的内部空间32。在一种形式中，壳体30限定罐式(dead tank)(例如，与电源电隔离或者距电源为罐电势(deadpotential))，而在其它形式中，壳体可以限定柱式(live tank)(例如，电导通或柱电势(live potential))。内部空间32可以包括介电介质。介电介质可以包括气体或液体，例如但不限于SF6(六氟化硫)、干环境空气、干N2(氮)、CO2(二氧化碳)、油等。备选地，根据需要，可以在被介电材料包围的内部空间32内采用真空断续器。壳体30可以包括在从壳体30的内部突出到外部的某些部件之间的一个或多个密封件31，以将内部空间32与外部环境空间34隔离。

示例性极组件12的一部分包括电连接到第一元件42的第一电端子18，第一元件42可以是固定在极组件12内的静止触头。第二电端子20电连接到第二元件40，第二元件40可以是以允许在其中的运动的方式在极组件12内承载的可移动触头。因此，在第一位置，可移动触头元件40可以被定位为断开第一电端子18与第二电端子20之间的电连接。在第二位置，可移动触头元件40可以与固定触头元件42接触，以电连接第一电端子18和第二电端子20。如上所述，极组件12的内部空间32被密封，并且通常适于在处于断开位置时使静止触头元件42和可移动触头元件40之间的电弧放电最小化。可移动触头元件40通常可以在由双箭头44所示的相对方向上移动。虽然在示意图中描绘了水平移动，但是应当理解，可以采用其他取向和形式的移动，诸如枢转接触开关等。此外，在一些形式中，除了可移动第一电触头元件40之外或代替可移动第一电触头元件40，第二电触头元件42可以是可移动的。

现在参考图3，其中示出了具有诸如金属氧化物变阻器(MOV)46的电压限制器的电断续器11的实施例的横截面示意图。变阻器是电压相关的非线性电阻器，其随着电压的变化而自动地改变它的电阻值。MOV是由直接模制在硅树脂壳体或聚酯绝缘管中的金属氧化物电阻器组成的无源单元，MOV可以用于在电网络中提供浪涌保护。MOV可以由包含金属氧化物的经密封的多晶陶瓷主体形成，金属氧化物具有定位在连接到导线的任一端处的电极。典型的金属氧化物材料并且可以包括氧化锌和氧化铋。然而，本文中预期其它构造和金属氧化物并且应当理解为在本公开的范围内。

在图3所示的配置中，MOV 46吸收当触头元件40、42彼此分离时发生的瞬态电压或过电压。当触头元件40在朝向由双箭头44限定的左侧的方向上移动时，在触头元件40、42从如虚线40b所示的闭合连接移动到图2所示的断开位置的情况下发生分离。在一种形式中，高压电流通过电端子18或20中的一个电端子进入，并且当触头元件40和42处于连接位置时将电流引导到电端子18或20中的另一个电端子。当触头元件40移动到断开位置时，可以通过与MOV 46电连通的第一电连接48和第二电连接50中的一个或两个电连接来传输瞬态电压或过电压尖峰。在这种形式中，MOV 46跨第一电触头元件40和第二电触头元件42并联定位。MOV 46被配置为吸收瞬态过电压，以便防止在断路器断开操作期间有害的电弧放电事件。以这种方式，触头元件40、42的可靠性和耐久性可以增加。

现在参照图4，本公开的另一个实施例通过壳体30的横截面示意图示出，其中示出了具有由相应的触头元件对和MOV限定的多个断续器触头区域65、67的极组件。应当理解，虽然描绘了两对触头元件，但是本申请可以设想附加的触头元件对。在该示例性实施例中，第一触头元件40可以在它的第一端61处与操作杆60分离(电隔离)或接触(电连接)。第二触头元件42可以在它的第二端63处与操作杆60分离(电隔离)或接触(电连接)。第一MOV 46可以通过将MOV 46电连接到触头元件40和操作杆60的电连接48和电连接50而跨第一触头区域65并联构造和布置。在一些形式中，电容器(诸如均压电容器(grading capacitor)70)可以跨第一触头区域65与MOV 46并联连接。

第二触头区域67可以与第一触头区域65串联构造。第二触头区域67可以包括第二MOV 74，在一些形式中，第二MOV 74可以与跨第二触头区域67延伸的第二均压电容器72并联连接。第二MOV 74可以以与第一MOV 46的方式类似的方式被连接在电路中。电连接76可以将操作杆60的第二端或相对端63连接到第二MOV 74，并且电连接78可以将第二MOV 74连接到第二电触头元件42。在一些实施例中，第二均压电容器72可以跨第二触头区域67与第二MOV 74并联连接。均压电容器70、72被构造为确保在第一和第二触头区域65、67的触头元件40、60与42、60之间分别发生相等的电压电势。两个触头区域典型地串联连接，如图4所示，以实现较高的瞬态恢复电压和过电压保护。在没有均压电容器70、72的情况下，过电压可能不均匀地跨触头区域65、67分布，从而在相应的断续器触头上引起电压应力，这可能导致电介质击穿或触头表面腐蚀等。第一MOV 46和第二MOV 74吸收当跨第一和第二触头区域65、67的触头元件移动到断开位置时发生的瞬态电压或过电压，并且因此防止第一和第二触头区域65、67中的不期望的电弧放电。以这种方式，断续器11的某些部分的过早磨损和可操作性问题可以被最小化或完全消除。

现在参考图5，本公开的另一实施例在具有与合闸电阻器(closing resistor)80串联连接的多个触头区域65、67、多个MOV 46、74和多个均压电容器70、72的电断续器11的一部分的示意图中示出。每个触头区域65、70可以分别包括电开关60a和60b。电开关60a和60b以示意性的形式示出，并且可以采取任何形式以提供断开和闭合的触头区域65、67。在一些形式中，旁路开关82可以跨第一电端子18与第二电端子20之间的合闸电阻器80并联构造。合闸电阻器80可操作以用于减小当触头元件从断开位置移动到闭合位置时通常发生的电压瞬变。例如，当在线故障之后通电或再通电低传输线时，可能发生电压瞬变。合闸电阻器80的旁路开关82可以由与触头开关60a和60b相同的机构操作，并且可以根据断续器11的操作而断开或闭合。在该配置中，均压电容器70、72和MOV 46、74以与图4的实施例中示出的类似的方式操作。以这种方式，瞬态电压可以跨断续器11中的多个触头区域65、67被均匀地分布和吸收，以便避免在系统的部分上的高电压应力。

在一个方面，本公开包括一种断路器，该断路器包括：壳体，限定内部空间；第一电线端子，至少部分地定位在内部空间内；第二电线端子，至少部分地定位在内部空间内；第一电触头元件，与第一电线端子电连通；第二电触头元件，与第二电线端子电连通；致动器，可操作以在连接位置与断开连接位置之间移动第一电触头元件和第二电触头元件中的至少一个电触头元件，其中连接位置允许第一线端子与第二线端子之间的电连通，并且断开连接位置限制第一线端子与第二线端子之间的电连通；以及电压限制器，定位在壳体内，电压限制器被构造为与第一电触头元件和第二电触头元件电连通。

在改进方面，断路器还包括：电容器，与第一电触头元件和第二电触头元件电连通；电容器和电压限制器与第一电触头元件和第二电触头元件并联连接；第三触头元件和第四触头元件，与第一触头元件和第二触头元件串联地定位在壳体内；第二电压限制器和第二电容器，与第三触头元件和第四触头元件并联连接；合闸电阻器，与第一电触头元件和第二电触头元件串联地定位；旁路开关，与合闸电阻器并联连接；壳体是包括一个或多个密封件的罐式构造，以将内部空间与外部环境空间流体隔离；介电材料，位于壳体的内部空间内；其中介电材料包括六氟化硫(SF6)、干燥空气、干燥氮气(N2)、二氧化碳(CO₂)、油和/或真空。

本公开的另一方面包括一种用于吸收断路器中的瞬态过电压的方法，包括：将第一对的第一电触头元件和第二电触头元件从闭合位置移动到断开位置，其中闭合位置限定第一电线端子与第二电线端子之间的电连接，并且断开位置限定第一电线端子与第二电线端子的电隔离；将在电触头元件的断开期间生成的瞬态电压引导到第一电压限制器；其中第一电压限制器以及第一电触头元件和第二电触头元件并联地位于壳体内，该壳体包括与环境外部区域隔离的内部区域。

在改进方面，该方法还包括：将第二对的第三触头元件和第四触头元件从闭合位置移动到断开位置，其中闭合位置限定第一电线端子与第二电线端子之间的电连接，并且断开位置限定第一电线端子与第二电线端子的电隔离；将在第三电触头元件和第四电触头元件的断开期间生成的瞬态电压引导到第二电压限制器；其中第二电压限制器以及第三电触头元件和第四电触头元件在第一线端子与第二线端子之间并联地位于壳体内；当第一对电触头和第二对电触头从闭合位置移动到断开位置时，利用第一电压限制器和第二电压限制器来耗散瞬态电压；利用分别在第一线端子和第二线端子之间与第一电压限制器和第二电压限制器并联定位的第一均压电容器和第二均压电容器，在断开过程期间，跨第一对触头元件和第二对触头元件分布相对相等的电压；利用合闸电阻器吸收瞬态电压，合闸电阻器在闭合过程期间与第一触头元件和第二触头元件串联地定位；利用与合闸电阻器并联定位的旁路开关，选择性地旁路合闸电阻器；利用定位在壳体内的介电材料，来减少壳体内的不期望的电弧放电，其中介电材料包括六氟化硫(SF6)、干燥空气、干燥氮气(N2)、二氧化碳(CO₂)、油或真空中的至少一种。

本公开的另一方面包括一种装置，装置包括：断路器，断路器具有壳体，壳体具有与围绕壳体的环境区域分离的内部区域；电断续器，具有在第一位置与第二位置之间可移动的第一对的第一电触头和第二电触头，第一位置限定允许第一对触头之间的电连通的连接位置，第二位置限定防止第一对电触头之间的电连通的分离位置；变阻器，跨第一对电触头连接，以在第一对电触头从第一位置移动到第二位置时接收和耗散瞬态电压；其中壳体的内部区域被配置为保持第一对电触头、变阻器和介电材料。

在改进方面，电压限制器是金属氧化物变阻器(MOV)；变阻器和第一对电触头并联连接在第一电端子与第二电端子之间；变阻器被配置为当第一对电触头从第一位置移动到第二位置时耗散过电压瞬变；电容器跨第一对电触头与变阻器并联连接；第二对的第三电触头元件和第四电触头元件与第一对触头元件串联地构造；第二变阻器跨第二对电触头并联连接；第二电容器跨第二对电触头与第二变阻器并联连接；合闸电阻器与变阻器和第一对电触头串联连接；旁路开关与合闸电阻器并联连接。

尽管在附图和前面的描述中已经对本申请进行了详细的图示和描述，但该附图和前面的描述被认为是说明性的而不是限制性的，应当理解，仅示出和描述了优选实施例，并且落在本申请精神内所有改变和修改都希望受到保护。应当理解，虽然在上面的描述中使用诸如优选的、优选地或更优选之类的词语表示这样描述的特征可能是更期望的，但这些特征可能不是必需的，并且缺少这些特征的实施例可以被认为在本申请的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求时，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”这样的词语时，无意将权利要求限于仅一个项目，除非在权利要求中明确地另有相反说明。当使用“至少一部分”和/或“一部分”这样的用语时，除非明确地另有相反说明，否则该项目可以包括一部分和/或整个项目。

除非另有指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦合”及其变型被广泛地使用，并且包括直接和间接安装、连接、支撑和耦合。此外，“连接”和“耦合”不限于物理或机械连接或耦合。

Claims (26)

1.一种断路器，包括：

壳体，限定内部空间；

第一电线端子，至少部分地定位在所述内部空间内；

第二电线端子，至少部分地定位在所述内部空间内；

第一电触头元件，与所述第一电线端子电连通；

第二电触头元件，与所述第二电线端子电连通；

致动器，可操作以在连接位置与断开连接位置之间移动所述第一电触头元件和所述第二电触头元件中的至少一个电触头元件，其中所述连接位置允许所述第一线端子与所述第二线端子之间的电连通，并且所述断开连接位置限制所述第一线端子与所述第二线端子之间的电连通；以及

电压限制器，定位在所述壳体内，所述电压限制器被构造为与所述第一电触头元件和所述第二电触头元件电连通。

2.根据权利要求1所述的断路器，还包括：与所述第一电触头元件和所述第二电触头元件电连通的电容器。

3.根据权利要求2所述的断路器，其中所述电压限制器和所述电容器与所述第一电触头元件和所述第二电触头元件并联连接。

4.根据权利要求2所述的断路器，还包括：第三触头元件和第四触头元件，所述第三触头元件和所述第四触头元件与所述第一触头元件和所述第二触头元件串联地定位在所述壳体内。

5.根据权利要求4所述的断路器，还包括：与所述第三触头元件和所述第四触头元件并联连接的第二电压限制器和第二电容器。

6.根据权利要求1所述的断路器，还包括：与所述第一电触头元件和所述第二电触头元件串联定位的合闸电阻器。

7.根据权利要求6所述的断路器，还包括：与所述合闸电阻器并联连接的旁路开关。

8.根据权利要求1所述的断路器，其中所述壳体是包括一个或多个密封件的罐式构造，以将所述内部空间与外部环境空间流体隔离。

9.根据权利要求8所述的断路器，还包括：位于所述壳体的所述内部空间内的介电材料。

10.根据权利要求9所述的断路器，其中所述介电材料包括六氟化硫(SF6)、干燥空气、干燥氮气(N2)、二氧化碳(CO₂)、油和/或真空。

11.一种用于在断路器中吸收瞬态过电压的方法，包括：

将第一对的第一电触头元件和第二电触头元件从闭合位置移动到断开位置，其中所述闭合位置限定第一电线端子与第二电线端子之间的电连接，并且所述断开位置限定所述第一电线端子与所述第二电线端子的电隔离；

将在所述电触头元件的断开期间生成的瞬态电压引导到第一电压限制器；以及

其中所述第一电压限制器以及所述第一电触头元件和所述第二电触头元件并联地位于壳体内，所述壳体包括与环境外部区域隔离的内部区域。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括：

将第二对的第三触头元件和第四触头元件从闭合位置移动到断开位置，其中所述闭合位置限定所述第一电线端子与所述第二电线端子之间的电连接，并且所述断开位置限定所述第一电线端子与所述第二电线端子的电隔离；

将在所述第三电触头元件和所述第四电触头元件的断开期间生成的瞬态电压引导到第二电压限制器；

其中所述第二电压限制器以及所述第三电触头元件和所述第四电触头元件在所述第一线端子与所述第二线端子之间并联地位于所述壳体内。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括：当所述第一对电触头和所述第二对电触头从闭合位置移动到断开位置时，利用所述第一电压限制器和所述第二电压限制器来耗散所述瞬态电压。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括：利用分别在所述第一线端子和所述第二线端子之间与所述第一电压限制器和所述第二电压限制器并联定位的第一均压电容器和第二均压电容器，在断开过程期间，跨所述第一对触头元件和所述第二对触头元件分布相对相等的电压。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括：在闭合过程期间，利用与所述第一触头元件和所述第二触头元件串联定位的合闸电阻器来吸收瞬态电压。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：利用与所述合闸电阻器并联定位的旁路开关，选择性地旁路所述合闸电阻器。

17.根据权利要求16所述的方法，还包括：利用定位在所述壳体内的介电材料，来减少所述壳体内的不期望的电弧放电，其中所述介电材料包括六氟化硫(SF6)、干燥空气、干燥氮气(N2)、二氧化碳(CO₂)、油或真空中的至少一种。

18.一种装置，包括：

断路器，所述断路器具有壳体，所述壳体具有与围绕所述壳体的环境区域分离的内部区域；

电断续器，具有在第一位置与第二位置之间可移动的第一对的第一电触头和第二电触头，所述第一位置限定允许所述第一对触头之间的电连通的连接位置，所述第二位置限定防止所述第一对电触头之间的电连通的分离位置；

电压限制器，跨所述第一对电触头连接，以在所述第一对电触头从所述第一位置移动到所述第二位置时接收和耗散瞬态电压；以及

其中所述壳体的所述内部区域被配置为保持所述第一对电触头、所述电压限制器和介电材料。

19.根据权利要求18所述的装置，其中所述电压限制器是金属氧化物变阻器(MOV)。

20.根据权利要求18所述的装置，其中所述电压限制器和所述第一对电触头并联连接在第一电端子与第二电端子之间。

21.根据权利要求18所述的装置，其中所述电压限制器被配置为：在所述第一对电触头从所述第一位置移动到所述第二位置时耗散过电压瞬变。

22.根据权利要求18所述的装置，还包括：跨所述第一对电触头与所述电压限制器并联连接的电容器。

23.根据权利要求22所述的装置，还包括：

第二对的第三电触头元件和第四电触头元件，与所述第一对触头元件串联构造；以及

第二电压限制器，跨所述第二对电触头并联连接。

24.根据权利要求23所述的装置，还包括：跨所述第二对电触头与所述第二电压限制器并联连接的第二电容器。

25.根据权利要求18所述的装置，还包括：与所述电压限制器和所述第一对电触头串联连接的合闸电阻器。

26.根据权利要求25所述的装置，还包括：与所述合闸电阻器并联连接的旁路开关。